第三屆五四青年智力競(jìng)賽部分試題解答（二）

楊益森

第7題

題目:

晚上在日光燈照耀下，啟動(dòng)電風(fēng)扇后，可以看到扇葉由慢到快地加速旋轉(zhuǎn)。但是在連續(xù)加速過(guò)程中，有時(shí)看起來(lái)扇葉好象是靜止不動(dòng)的，有時(shí)又仿佛在緩慢地倒轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象叫“頻閃現(xiàn)象”，可以用來(lái)測(cè)轉(zhuǎn)速，若已知轉(zhuǎn)速是1500轉(zhuǎn)/分，三片扇葉的間隔都是120°，那么，此時(shí)扇葉看起來(lái)是——的。

a、正轉(zhuǎn)。b、仿佛倒轉(zhuǎn)。c、好象靜止。

答案:C

解題:

夏日的夜晚，日光燈發(fā)出青白色的柔光，投射在電風(fēng)扇上。按下電鈕，電風(fēng)扇徐徐啟動(dòng)，吹起陣陣涼風(fēng)，使人感到非常舒適。奇怪的是，隨著電扇轉(zhuǎn)速的變化，電扇葉片有時(shí)象是靜止不動(dòng)的，有時(shí)又象是在緩慢地“倒轉(zhuǎn)”。這到底是怎么一回事呢?

說(shuō)起來(lái)，這和電影有某些相似之處。電影攝影機(jī)把連續(xù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程按時(shí)間順序分割成一幅幅逐漸變化的靜止畫面，記錄在膠片上。一般是每秒二十四幅畫面。當(dāng)用放映機(jī)以同樣速度依次重放這些靜止畫面時(shí)，由于人類視覺(jué)具有瞬間保留印象的特性，就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)。

例如，一個(gè)指針的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)可以分割成依次相差45°的畫面(每個(gè)畫面在時(shí)間上相差1/24秒)。而一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的指針也可以分割成類似的畫面。

但是當(dāng)指針的轉(zhuǎn)速加快時(shí)，在1/24秒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可以超過(guò)180°，比如說(shuō)可以達(dá)到315°，那么，這時(shí)膠片上記錄的順時(shí)針快速旋轉(zhuǎn)，就與逆時(shí)針慢速旋轉(zhuǎn)沒(méi)有什么兩樣了。在影片放映時(shí)，快速正轉(zhuǎn)的指針就會(huì)變成了慢速倒轉(zhuǎn)。有時(shí)，我們?cè)陔娪爸锌吹教箍说穆膸Щ蚱囕喿印暗罐D(zhuǎn)”，就是這個(gè)道理。

當(dāng)指針轉(zhuǎn)速恰好與電影攝影機(jī)“同步”時(shí)，譬如說(shuō)每秒轉(zhuǎn)24周(或其整數(shù)倍)，那么，在1/24秒內(nèi)剛好轉(zhuǎn)一圈(或整數(shù)圈)，指針又回到原來(lái)的位置，膠片上記錄的就是完全相同的畫面，影片放映時(shí)就會(huì)得到“靜止”的錯(cuò)覺(jué)。

日光燈并不是連續(xù)發(fā)光的，而是隨著交流電的頻率不停地閃爍，斷續(xù)地將物體照亮。只是因?yàn)槲覀円曈X(jué)有瞬時(shí)保留印象的特性，在一般靜止或慢動(dòng)物體下感覺(jué)不到這種閃爍。其實(shí)日光燈照亮運(yùn)動(dòng)物體象電影攝影機(jī)那樣將連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分割成一個(gè)個(gè)靜止的畫面。當(dāng)電扇轉(zhuǎn)速與電源頻率同步時(shí)(100n轉(zhuǎn)/秒，n是自然數(shù))，這一個(gè)個(gè)靜止的畫面將是完全相同的，反映到眼睛里，就會(huì)覺(jué)得電扇是“靜止”不動(dòng)的。

由于三片扇葉相似，而且間隔120°均勻分布，所以當(dāng)轉(zhuǎn)速為100n轉(zhuǎn)/秒的三分之一或三分之二時(shí)，也可以看到“靜止”的畫面，當(dāng)然，這時(shí)三片扇葉交換了位置。比這些速度略低時(shí)，可見(jiàn)到緩慢“倒轉(zhuǎn)”；比這些速度略高時(shí)，可見(jiàn)到緩慢“正轉(zhuǎn)。”

由于這些現(xiàn)象是光源以一定頻率閃動(dòng)造成的，故叫作頻閃現(xiàn)象。

在車間里，高速旋轉(zhuǎn)的工件和卡盤在日光燈照耀下會(huì)產(chǎn)生靜止或倒轉(zhuǎn)的錯(cuò)覺(jué)，它誘使工人去排除實(shí)際上并不存在的“故障”，導(dǎo)致嚴(yán)重的工傷事故。所以在機(jī)床上嚴(yán)格禁止使用日光燈。當(dāng)必須使用日光燈時(shí)，要三個(gè)燈一組，分別接入三相電源中，以克服燈光的閃爍，避危頻閃現(xiàn)象帶來(lái)麻煩。

工程師們常常使用頻閃燈照明，使高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)件“靜止”下來(lái)，以便于觀察和研究。